Земна атмосфера. Тема по география - атмосфера

- въздушната обвивка на земното кълбо, която се върти със Земята. Горната граница на атмосферата обикновено се провежда на височини от 150-200 км. Долната граница е повърхността на Земята.

Атмосферният въздух е смес от газове. По-голямата част от обема му в повърхностния въздушен слой е азот (78%) и кислород (21%). Освен това въздухът съдържа инертни газове (аргон, хелий, неон и др.), въглероден диоксид (0,03), водна пара и различни твърди частици (прах, сажди, солни кристали).

Въздухът е безцветен, а цветът на небето се обяснява с особеностите на разсейването на светлинните вълни.

Атмосферата се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера.

Долният слой въздух се нарича тропосфера.На различни географски ширини силата му не е еднаква. Тропосферата повтаря формата на планетата и участва заедно със Земята в осово въртене. На екватора дебелината на атмосферата варира от 10 до 20 km. На екватора е по-голямо, а на полюсите е по-малко. Тропосферата се характеризира с максимална плътност на въздуха, в нея е концентрирана 4/5 от масата на цялата атмосфера. Тропосферата определя климатичните условия: тук се образуват различни въздушни маси, образуват се облаци и валежи, възниква интензивно хоризонтално и вертикално движение на въздуха.

Над тропосферата, до надморска височина от 50 km, се намира стратосфера.Характеризира се с по-ниска плътност на въздуха, в него няма водни пари. В долната част на стратосферата на височина около 25 км. има "озонов екран" - слой от атмосферата с висока концентрация на озон, който абсорбира ултравиолетовото лъчение, което е фатално за организмите.

На надморска височина от 50 до 80-90 km се простира мезосфера.С увеличаване на надморската височина температурата се понижава със среден вертикален градиент (0,25-0,3)°/100 m, а плътността на въздуха намалява. Основният енергиен процес е лъчист топлообмен. Сиянието на атмосферата се дължи на сложни фотохимични процеси, включващи радикали, вибрационно възбудени молекули.

Термосфераразположени на надморска височина от 80-90 до 800 км. Плътността на въздуха тук е минимална, степента на йонизация на въздуха е много висока. Температурата се променя в зависимост от активността на Слънцето. Във връзка с голямо количествозаредени частици тук се наблюдават полярни светлини и магнитни бури.

Атмосферата е от голямо значение за природата на Земята.Без кислород живите организми не могат да дишат. Неговият озонов слой предпазва всички живи същества от вредните ултравиолетови лъчи. Атмосферата изглажда температурните колебания: земната повърхност не се преохлажда през нощта и не се прегрява през деня. В плътни слоеве на атмосферния въздух, които не достигат повърхността на планетата, метеоритите изгарят от тръни.

Атмосферата взаимодейства с всички черупки на земята. С негова помощ обменът на топлина и влага между океана и сушата. Без атмосферата нямаше да има облаци, валежи, ветрове.

Значително неблагоприятно въздействие върху атмосферата стопанска дейностчовек. Възниква замърсяване на въздуха, което води до повишаване на концентрацията на въглероден окис (CO 2 ). А това допринася за глобалното затопляне и укрепва “ Парников ефект". Озоновият слой на Земята се разрушава поради промишлени отпадъци и транспорт.

Атмосферата трябва да бъде защитена. AT развити странисе предприема комплекс от мерки за опазване на атмосферния въздух от замърсяване.

Имате ли някакви въпроси? Искате ли да научите повече за атмосферата?
За да получите помощта на преподавател - регистрирайте се.

сайт, с пълно или частично копиране на материала, връзката към източника е задължителна.

атмосфера(от гръцки atmos - пара и spharia - топка) - въздушната обвивка на Земята, въртяща се с нея. Развитието на атмосферата е тясно свързано с геоложките и геохимичните процеси, протичащи на нашата планета, както и с дейността на живите организми.

Долната граница на атмосферата съвпада с повърхността на Земята, тъй като въздухът прониква в най-малките пори на почвата и се разтваря дори във вода.

Горната граница на височина 2000-3000 км постепенно преминава в открития космос.

Богатата на кислород атмосфера прави живота възможен на Земята. Атмосферният кислород се използва в процеса на дишане от хора, животни и растения.

Ако нямаше атмосфера, Земята щеше да е тиха като Луната. В крайна сметка звукът е вибрацията на частиците въздух. Синият цвят на небето се обяснява с факта, че слънчевите лъчи, преминавайки през атмосферата, сякаш през леща, се разлагат на съставните си цветове. В този случай лъчите на синьо и синьо се разпръскват най-вече.

Атмосферата задържа по-голямата част от ултравиолетовото лъчение от Слънцето, което има пагубен ефект върху живите организми. Той също така поддържа топлината на повърхността на Земята, предотвратявайки охлаждането на нашата планета.

Структурата на атмосферата

В атмосферата могат да се разграничат няколко слоя, различаващи се по плътност и плътност (фиг. 1).

Тропосфера

Тропосфера- най-долният слой на атмосферата, чиято дебелина над полюсите е 8-10 км, в умерените ширини - 10-12 км, а над екватора - 16-18 км.

Ориз. 1. Структурата на земната атмосфера

Въздухът в тропосферата се нагрява от земната повърхност, т.е. от сушата и водата. Следователно температурата на въздуха в този слой намалява с височина средно с 0,6 °C на всеки 100 м. На горната граница на тропосферата тя достига -55 °C. В същото време в района на екватора на горната граница на тропосферата температурата на въздуха е -70 °С, а в района на Северния полюс -65 °С.

Около 80% от масата на атмосферата е съсредоточена в тропосферата, почти цялата водна пара е разположена, възникват гръмотевични бури, бури, облаци и валежи, възниква вертикално (конвекция) и хоризонтално (вятър) движение на въздуха.

Можем да кажем, че времето се формира главно в тропосферата.

Стратосфера

Стратосфера- слоят на атмосферата, разположен над тропосферата на височина от 8 до 50 km. Цветът на небето в този слой изглежда лилав, което се обяснява с разреждането на въздуха, поради което слънчевите лъчи почти не се разпръскват.

Стратосферата съдържа 20% от масата на атмосферата. Въздухът в този слой е разреден, практически няма водна пара и следователно почти не се образуват облаци и валежи. Въпреки това в стратосферата се наблюдават стабилни въздушни течения, чиято скорост достига 300 км / ч.

Този слой е концентриран озон(озонов екран, озоносфера), слой, който абсорбира ултравиолетовите лъчи, предотвратявайки преминаването им към Земята и по този начин защитавайки живите организми на нашата планета. Поради озона температурата на въздуха на горната граница на стратосферата е в диапазона от -50 до 4-55 °C.

Между мезосферата и стратосферата има преходна зона - стратопаузата.

Мезосфера

Мезосфера- слой на атмосферата, разположен на височина 50-80 km. Плътността на въздуха тук е 200 пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята. Цветът на небето в мезосферата изглежда черен, звездите се виждат през деня. Температурата на въздуха пада до -75 (-90)°C.

На надморска височина 80 км започва термосфера.Температурата на въздуха в този слой рязко се повишава до височина 250 m, а след това става постоянна: на височина 150 km достига 220-240 °C; на височина 500-600 km надвишава 1500 °C.

В мезосферата и термосферата под действието на космическите лъчи газовите молекули се разпадат на заредени (йонизирани) частици от атоми, така че тази част от атмосферата се нарича йоносфера- слой от много разреден въздух, разположен на височина от 50 до 1000 km, състоящ се главно от йонизирани кислородни атоми, молекули на азотен оксид и свободни електрони. Този слой се характеризира с висока електрификация и от него се отразяват дълги и средни радиовълни, като от огледало.

В йоносферата възникват сияния - сиянието на разредени газове под въздействието на електрически заредени частици, летящи от Слънцето - и се наблюдават резки колебания в магнитното поле.

Екзосфера

Екзосфера- външният слой на атмосферата, разположен над 1000 км. Този слой се нарича още сфера на разсейване, тъй като частиците газ се движат тук с висока скорост и могат да бъдат разпръснати в космоса.

Състав на атмосферата

Атмосферата е смес от газове, състояща се от азот (78,08%), кислород (20,95%), въглероден диоксид (0,03%), аргон (0,93%), малко количество хелий, неон, ксенон, криптон (0,01%), озон и други газове, но съдържанието им е незначително (табл. 1). Съвременна композицияВъздухът на Земята е създаден преди повече от сто милиона години, но рязко увеличената човешка производствена дейност все пак доведе до неговата промяна. В момента се наблюдава увеличение на съдържанието на CO 2 с около 10-12%.

Газовете, които изграждат атмосферата, изпълняват различни функционални роли. Основното значение на тези газове обаче се определя преди всичко от факта, че те много силно абсорбират лъчиста енергия и по този начин оказват значително влияние върху температурен режимЗемна повърхност и атмосфера.

Маса 1. Химичен съставсух атмосферен въздух близо до земната повърхност

азот,най-често срещаният газ в атмосферата, химически малко активен.

Кислород, за разлика от азота, е химически много активен елемент. Специфичната функция на кислорода е окисление органична материяхетеротрофни организми, скали и недоокислени газове, отделяни в атмосферата от вулкани. Без кислород не би имало разлагане на мъртва органична материя.

Ролята на въглеродния диоксид в атмосферата е изключително голяма. Той навлиза в атмосферата в резултат на процесите на горене, дишане на живи организми, гниене и е преди всичко основният строителни материализа създаване на органична материя по време на фотосинтезата. В допълнение, свойството на въглеродния диоксид да предава късовълнова слънчева радиация и да абсорбира част от топлинната дълговълнова радиация е от голямо значение, което ще създаде така наречения парников ефект, който ще бъде разгледан по-долу.

Влиянието върху атмосферните процеси, особено върху топлинния режим на стратосферата, също се упражнява от озон.Този газ служи като естествен абсорбатор на слънчевата ултравиолетова радиация и абсорбция слънчева радиацияводи до по-топъл въздух. Средните месечни стойности на общото съдържание на озон в атмосферата варират в зависимост от географската ширина на района и сезона в рамките на 0,23-0,52 cm (това е дебелината на озоновия слой при приземно налягане и температура). Има увеличение на съдържанието на озон от екватора към полюсите и годишно изменение с минимум през есента и максимум през пролетта.

Характерно свойство на атмосферата може да се нарече фактът, че съдържанието на основните газове (азот, кислород, аргон) се променя леко с височина: на надморска височина от 65 km в атмосферата съдържанието на азот е 86%, кислород - 19 , аргон - 0,91, на височина 95 км - азот 77, кислород - 21,3, аргон - 0,82%. Постоянността на състава на атмосферния въздух вертикално и хоризонтално се поддържа чрез смесването му.

Освен газове, въздухът съдържа водна параи твърди частици.Последните могат да имат както естествен, така и изкуствен (антропогенен) произход. Това са цветен прашец, малки солни кристали, пътен прах, аерозолни примеси. Когато слънчевите лъчи проникнат през прозореца, те могат да се видят с просто око.

Особено много прахови частици има във въздуха на градовете и големите индустриални центрове, където емисиите на вредни газове и техните примеси, образувани при изгарянето на гориво, се добавят към аерозолите.

Концентрацията на аерозоли в атмосферата определя прозрачността на въздуха, което влияе на слънчевата радиация, достигаща земната повърхност. Най-големите аерозоли са кондензационните ядра (от лат. кондензация- уплътняване, сгъстяване) - допринасят за превръщането на водните пари във водни капчици.

Стойността на водната пара се определя преди всичко от факта, че тя забавя дълговълновото топлинно излъчване на земната повърхност; представлява основната връзка на големи и малки цикли на влага; повишава температурата на въздуха, когато водните легла кондензират.

Количеството водна пара в атмосферата варира във времето и пространството. По този начин концентрацията на водни пари в близост до земната повърхност варира от 3% в тропиците до 2-10 (15)% в Антарктика.

Средното съдържание на водна пара във вертикалния стълб на атмосферата в умерените ширини е около 1,6-1,7 см (такава дебелина ще има слоят кондензирана водна пара). Информацията за водните пари в различните слоеве на атмосферата е противоречива. Предполага се например, че във височинния диапазон от 20 до 30 km специфичната влажност силно нараства с височината. Последвалите измервания обаче показват по-голяма сухота на стратосферата. Очевидно специфичната влажност в стратосферата зависи малко от височината и възлиза на 2–4 mg/kg.

Променливостта на съдържанието на водна пара в тропосферата се определя от взаимодействието на изпарение, кондензация и хоризонтален транспорт. В резултат на кондензацията на водните пари се образуват облаци и се появяват валежи под формата на дъжд, градушка и сняг.

Процесите на фазови преходи на водата протичат главно в тропосферата, поради което облаците в стратосферата (на надморска височина 20-30 km) и мезосферата (близо до мезопаузата), наречени седеф и сребро, се наблюдават сравнително рядко , докато тропосферните облаци често покриват около 50% от цялата земна повърхност.

Количеството водна пара, което може да се съдържа във въздуха, зависи от температурата на въздуха.

1 m 3 въздух при температура -20 ° C може да съдържа не повече от 1 g вода; при 0 °C - не повече от 5 g; при +10 °С - не повече от 9 g; при +30 °С - не повече от 30 g вода.

Заключение:Колкото по-висока е температурата на въздуха, толкова повече водна пара може да съдържа.

Въздухът може да бъде богати не е наситенпара. Така че, ако при температура от +30 ° C 1 m 3 въздух съдържа 15 g водна пара, въздухът не е наситен с водна пара; ако е 30 г - наситен.

Абсолютна влажност- това е количеството водна пара, съдържащо се в 1 m 3 въздух. Изразява се в грамове. Например, ако казват "абсолютната влажност е 15", това означава, че 1 ml съдържа 15 g водна пара.

Относителна влажност- това е съотношението (в проценти) на действителното съдържание на водна пара в 1 m 3 въздух към количеството водна пара, което може да се съдържа в 1 m L при дадена температура. Например, ако по радиото се излъчи прогноза за времето, че относителната влажност е 70%, това означава, че въздухът съдържа 70% от водните пари, които може да задържи при дадена температура.

Колкото по-голяма е относителната влажност на въздуха, t. колкото по-близо е въздухът до насищане, толкова по-вероятно е да падне.

В екваториалната зона се наблюдава винаги висока (до 90%) относителна влажност, тъй като има висока температура на въздуха през цялата година и има голямо изпарение от повърхността на океаните. Същата висока относителна влажност има и в полярните райони, но само защото при ниски температури дори малко количество водна пара прави въздуха наситен или близък до насищане. В умерените географски ширини относителната влажност варира сезонно – тя е по-висока през зимата и по-ниска през лятото.

Относителната влажност на въздуха е особено ниска в пустините: 1 m 1 въздух там съдържа два до три пъти по-малко от възможното количество водни пари при дадена температура.

За измерване на относителната влажност се използва влагомер (от гръцки hygros - мокър и metreco - измервам).

Когато се охлади, наситеният въздух не може да задържи същото количество водна пара в себе си, той се сгъстява (кондензира), превръщайки се в капчици мъгла. През лятото в ясна хладна нощ може да се наблюдава мъгла.

Облаци- това е същата мъгла, само че се образува не на земната повърхност, а на определена височина. Когато въздухът се издига, той се охлажда и водните пари в него кондензират. Получените малки капчици вода изграждат облаците.

участват в образуването на облаци прахови частициокачени в тропосферата.

Облаците може да имат различна форма, което зависи от условията на образуването им (Таблица 14).

Най-долните и тежки облаци са слоести. Те се намират на надморска височина от 2 км от земната повърхност. На височина от 2 до 8 км могат да се наблюдават по-живописни купести облаци. Най-високите и леки са перестите облаци. Те се намират на надморска височина от 8 до 18 км над земната повърхност.

Атмосферна защита

Основният източник са индустриални предприятияи автомобили. AT големи градовепроблемът с газовото замърсяване на основните транспортни пътища е много остър. Ето защо в мн главни градовепо света, включително и у нас, е въведен екологичен контрол на токсичността на автомобилните изгорели газове. Според експерти димът и прахът във въздуха могат да намалят наполовина притока на слънчева енергия към земната повърхност, което ще доведе до промяна на природните условия.

Земна атмосфера

атмосфера(от. друг гръцкиἀτμός - пара и σφαῖρα - топка) - газчерупка ( геосфера) около планетата Земята. Вътрешната му повърхност е покрита хидросфераи частично кора, външната граничи с околоземната част на космическото пространство.

Съвкупността от раздели на физиката и химията, които изучават атмосферата, обикновено се нарича физика на атмосферата. Атмосферата определя метеорологично времена повърхността на Земята, се занимава с изучаване на времето метеорология, и дългосрочни вариации климат - климатология.

Структурата на атмосферата

Структурата на атмосферата

Тропосфера

Горната му граница е на надморска височина 8-10 km в полярните, 10-12 km в умерените и 16-18 km в тропичните ширини; по-ниска през зимата, отколкото през лятото. Долният, основен слой на атмосферата. Той съдържа повече от 80% от общата маса на атмосферния въздух и около 90% от цялата водна пара, присъстваща в атмосферата. силно развит в тропосферата турбуленцияи конвекция, възникват облаци, развивам се циклонии антициклони. Температурата намалява с увеличаване на височината със среден вертикал градиент 0,65°/100 m

За "нормални условия" на земната повърхност се приемат: плътност 1,2 kg/m3, барометрично налягане 101,35 kPa, температура плюс 20 °C и относителна влажност 50%. Тези условни показатели имат чисто инженерна стойност.

Стратосфера

Слоят на атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 км. Характеризира се с лека промяна в температурата в слоя 11-25 km (долния слой на стратосферата) и повишаването му в слоя 25-40 km от -56,5 до 0,8 ° ОТ(горна стратосфера или регион инверсии). Достигайки стойност от около 273 K (почти 0 ° C) на надморска височина от около 40 km, температурата остава постоянна до надморска височина от около 55 km. Тази област с постоянна температура се нарича стратопаузаи е границата между стратосферата и мезосфера.

Стратопауза

Граничният слой на атмосферата между стратосферата и мезосферата. Има максимум във вертикалното разпределение на температурата (около 0 °C).

Мезосфера

Земна атмосфера

Мезосферазапочва от надморска височина 50 км и се простира до 80-90 км. Температурата намалява с височина със среден вертикален градиент (0,25-0,3)°/100 м. Основният енергиен процес е лъчистият топлообмен. Сложни фотохимични процеси, включващи свободни радикали, вибрационно възбудени молекули и др., определят светенето на атмосферата.

мезопауза

Преходен слой между мезосфера и термосфера. Има минимум във вертикалното разпределение на температурата (около -90 °C).

Линия Карман

Височината над морското равнище, която условно се приема за граница между земната атмосфера и космоса.

Термосфера

Основна статия: Термосфера

Горната граница е около 800 км. Температурата се повишава до надморска височина от 200-300 km, където достига стойности от порядъка на 1500 K, след което остава почти постоянна до голяма надморска височина. Под въздействието на ултравиолетовата и рентгеновата слънчева радиация и космическата радиация възниква йонизация на въздуха (" полярни сияния”) - основни области йоносфералежат вътре в термосферата. На надморска височина над 300 км преобладава атомният кислород.

Атмосферни слоеве до височина 120 км

Екзосфера (разсейваща сфера)

Екзосфера- зона на разсейване, външната част на термосферата, разположена над 700 km. Газът в екзосферата е много разреден и поради това неговите частици изтичат в междупланетното пространство ( разсейване).

До височина 100 км атмосферата е хомогенна, добре смесена смес от газове. В по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от техните молекулни маси, концентрацията на по-тежките газове намалява по-бързо с отдалечаване от повърхността на Земята. Поради намаляването на плътността на газа температурата пада от 0 °C в стратосферата до −110 °C в мезосферата. Но кинетичната енергия на отделните частици на височини от 200–250 km съответства на температура от ~1500 °C. Над 200 km се наблюдават значителни колебания в температурата и плътността на газа във времето и пространството.

На височина около 2000-3000 км екзосферата постепенно преминава в т.нар. близък космически вакуум, който е пълен със силно разредени частици от междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ е само част от междупланетната материя. Другата част е съставена от прахообразни частици от кометен и метеоритен произход. В допълнение към изключително разредените прахообразни частици, в това пространство прониква електромагнитно и корпускулярно лъчение от слънчев и галактически произход.

Тропосферата представлява около 80% от масата на атмосферата, стратосферата представлява около 20%; масата на мезосферата е не повече от 0,3%, термосферата е по-малко от 0,05% от общата маса на атмосферата. Въз основа на електрическите свойства на атмосферата се разграничават неутросферата и йоносферата. В момента се смята, че атмосферата се простира до надморска височина от 2000-3000 км.

В зависимост от състава на газа в атмосферата те отделят хомосфераи хетеросфера. хетеросфера - това е област, в която гравитацията влияе върху разделянето на газовете, тъй като тяхното смесване на такава височина е незначително. Оттук следва променливият състав на хетеросферата. Под него се намира добре смесена, хомогенна част от атмосферата, т.нар хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбопауза, намира се на около 120 км надморска височина.

Физически свойства

Дебелината на атмосферата е приблизително 2000 - 3000 км от повърхността на Земята. Общо тегло въздух- (5,1-5,3) × 10 18 кг. Моларна масачист сух въздух е 28,966. наляганепри 0 °C на морско ниво 101.325 kPa; критична температура-140,7 °C; критично налягане 3,7 MPa; ° С стр 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (при 0°C), ° С v 0,7159×10 3 J/(kg K) (при 0 °C). Разтворимост на въздух във вода при 0 °C - 0,036%, при 25 °C - 0,22%.

Физиологични и други свойства на атмосферата

Вече на надморска височина от 5 км се развива необучен човек кислородно гладуванеи без адаптиране човешката работоспособност е значително намалена. Тук свършва физиологичната зона на атмосферата. Човешкото дишане става невъзможно на височина от 15 км, въпреки че до около 115 км атмосферата съдържа кислород.

Атмосферата ни осигурява необходимия кислород за дишане. Въпреки това, поради спада на общото налягане на атмосферата, докато се издигате на височина, парциалното налягане на кислорода също намалява съответно.

Човешките бели дробове постоянно съдържат около 3 литра алвеоларен въздух. Парциално наляганекислород в алвеоларния въздух при нормално атмосферно налягане е 110 mm Hg. Чл., Налягане на въглероден диоксид - 40 mm Hg. чл., а водната пара - 47 mm Hg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането на кислорода пада, а общото налягане на водните пари и въглеродния диоксид в белите дробове остава почти постоянно - около 87 mm Hg. Изкуство. Притокът на кислород в белите дробове ще спре напълно, когато налягането на околния въздух стане равно на тази стойност.

На надморска височина около 19-20 км атмосферното налягане пада до 47 mm Hg. Изкуство. Следователно на тази височина водата и интерстициалната течност започват да кипят в човешкото тяло. Извън кабината под налягане на тези височини смъртта настъпва почти мигновено. Така, от гледна точка на човешката физиология, "космосът" започва още на височина 15-19 км.

Плътните слоеве въздух - тропосферата и стратосферата - ни предпазват от вредното въздействие на радиацията. При достатъчно разреждане на въздуха, на надморска височина над 36 km, йонизиращият ефект върху тялото е силен. радиация- първични космически лъчи; на надморска височина над 40 км действа ултравиолетовата част на слънчевия спектър, която е опасна за хората.

Докато се издигаме на все по-голяма височина над повърхността на Земята, постепенно отслабваме и след това напълно изчезваме, такива познати за нас явления, наблюдавани в долните слоеве на атмосферата, като разпространението на звука, появата на аеродинамични повдигаща силаи съпротивление, пренос на топлина конвекцияи т.н.

Размножаване в разредени слоеве въздух звуксе оказва невъзможно. До височини от 60-90 км все още е възможно да се използва въздушно съпротивление и повдигане за контролиран аеродинамичен полет. Но започвайки от височини 100-130 км, концепции, познати на всеки пилот числа Ми звукова бариерагубят значението си, преминава условното Линия Карманотвъд която започва сферата на чисто балистичния полет, който може да бъде контролиран само чрез използване на реактивни сили.

На височини над 100 km атмосферата е лишена и от друго забележително свойство - способността да абсорбира, провежда и пренася топлинна енергия чрез конвекция (т.е. чрез смесване на въздуха). Това означава, че различни елементи от оборудването, оборудването на орбиталната космическа станция няма да могат да се охлаждат отвън по начина, по който обикновено се прави в самолета - с помощта на въздушни струи и въздушни радиатори. На такава височина, както въобще в космоса, единственият начин за пренос на топлина е топлинно излъчване.

Състав на атмосферата

Състав на сух въздух

Атмосферата на Земята се състои основно от газове и различни примеси (прах, водни капки, ледени кристали, морски соли, продукти от горенето).

Концентрацията на газовете, които изграждат атмосферата, е почти постоянна, с изключение на водата (H 2 O) и въглеродния диоксид (CO 2).

В допълнение към газовете, посочени в таблицата, атмосферата съдържа SO 2, NH 3, CO, озон, въглеводороди, НС1, HF, двойки hg, I 2 и НЕи много други газове в незначителни количества. Тропосферата постоянно съдържа голям брой суспендирани твърди и течни частици ( спрей).

История на образуването на атмосферата

Според най-разпространената теория атмосферата на Земята е била в четири различни състава във времето. Първоначално се състои от леки газове ( водороди хелий), заснети от междупланетното пространство. Този т.нар първична атмосфера(преди около четири милиарда години). На следващия етап активната вулканична дейност доведе до насищане на атмосферата с газове, различни от водород (въглероден диоксид, амоняк, пара). Ето как вторична атмосфера(около три милиарда години преди наши дни). Тази атмосфера беше възстановяваща. Освен това процесът на образуване на атмосферата се определя от следните фактори:

изтичане на леки газове (водород и хелий) в междупланетно пространство;

химични реакции, протичащи в атмосферата под въздействието на ултравиолетово лъчение, мълнии и някои други фактори.

Постепенно тези фактори доведоха до образуването третична атмосфера, характеризиращ се с много по-ниско съдържание на водород и много по-високо съдържание на азот и въглероден диоксид (образуван в резултат на химични реакции от амоняк и въглеводороди).

Азот

Образуването на голямо количество N 2 се дължи на окисляването на амонячно-водородната атмосфера от молекулярния O 2, който започва да идва от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, започвайки от преди 3 милиарда години. N 2 също се отделя в атмосферата в резултат на денитрификацията на нитрати и други азотсъдържащи съединения. Азотът се окислява от озона до NO в горните слоеве на атмосферата.

Азот N 2 влиза в реакции само при определени условия (например по време на мълния). Окисляването на молекулярен азот от озон по време на електрически разряди се използва в промишленото производство на азотни торове. Може да се окисли с ниска консумация на енергия и да се превърне в биологично активна форма цианобактерии (синьо-зелени водорасли)и нодулни бактерии, които образуват ризобиалните симбиозас вариварастения, т.нар. зелено торене.

Кислород

Съставът на атмосферата започна да се променя радикално с появата на живи организми, като резултат фотосинтезапридружено от отделяне на кислород и абсорбция на въглероден диоксид. Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - амоняк, въглеводороди, оксидна форма жлезасъдържащи се в океаните и т.н. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да расте. Постепенно се формира модерна атмосфера с окислителни свойства. Тъй като това предизвика сериозни и резки промени в много процеси, протичащи в атмосфера, литосфераи биосфера, това събитие се нарича Кислородна катастрофа.

По време на фанерозойсъставът на атмосферата и съдържанието на кислород претърпяха промени. Те корелираха основно със скоростта на отлагане на органични седиментни скали. Така че, по време на периодите на натрупване на въглища, съдържанието на кислород в атмосферата очевидно значително надвишава съвременното ниво.

Въглероден двуокис

Съдържанието на CO 2 в атмосферата зависи от вулканичната активност и химичните процеси в земните черупки, но най-вече - от интензивността на биосинтезата и разграждането на органичните вещества в биосфера Земята. Почти цялата сегашна биомаса на планетата (около 2,4 × 10 12 тона ) се образува от въглероден диоксид, азот и водни пари, съдържащи се в атмосферния въздух. Погребан в океан, в блатаи в гористава органична материя въглища, маслои природен газ. (см. Геохимичен цикъл на въглерода)

благородни газове

Източник на инертни газове - аргон, хелийи криптон- вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи. Земята като цяло и атмосферата в частност са изчерпани на инертни газове в сравнение с космоса. Смята се, че причината за това се крие в непрекъснатото изтичане на газове в междупланетното пространство.

Замърсяване на въздуха

Наскоро еволюцията на атмосферата започна да се влияе от човек. Резултатът от неговите дейности беше постоянно значително увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради изгарянето на въглеводородни горива, натрупани в предишни геоложки епохи. Огромни количества CO 2 се изразходват по време на фотосинтезата и се абсорбират от световните океани. Този газ навлиза в атмосферата поради разлагането на карбонатни скали и органични вещества от растителен и животински произход, както и поради вулканизъм и човешки производствени дейности. През последните 100 години съдържанието на CO 2 в атмосферата се е увеличило с 10%, като основната част (360 милиарда тона) идва от изгарянето на гориво. Ако скоростта на нарастване на изгарянето на горивото продължи, тогава през следващите 50 - 60 години количеството CO 2 в атмосферата ще се удвои и може да доведе до глобално изменение на климата.

Изгарянето на гориво е основният източник и на двата замърсителни газове ( ТАКА, НЕ, ТАКА 2 ). Серният диоксид се окислява от атмосферния кислород до ТАКА 3 в горните слоеве на атмосферата, които от своя страна взаимодействат с водни пари и амоняк, и полученото сярна киселина (H 2 ТАКА 4 ) и амониев сулфат ((NH 4 ) 2 ТАКА 4 ) връщане на повърхността на Земята под формата на т.нар. киселинен дъжд. Използване Двигатели с вътрешно гореневоди до значително замърсяване на въздуха с азотни оксиди, въглеводороди и оловни съединения ( тетраетил олово Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Аерозолното замърсяване на атмосферата се причинява както от естествени причини (изригване на вулкан, прашни бури, увличане на капчици морска вода и растителен прашец и др.), така и от стопанска дейност на човека (добив на руди и строителни материали, изгаряне на гориво, производство на цимент и др. .). Интензивното мащабно отстраняване на твърди частици в атмосферата е една от възможните причини за изменението на климата на планетата.

Точният размер на атмосферата е неизвестен, тъй като горната й граница не се вижда ясно. Структурата на атмосферата обаче е достатъчно проучена, за да може всеки да получи представа за това как е подредена газовата обвивка на нашата планета.

Учените по физика на атмосферата го определят като зоната около Земята, която се върти заедно с планетата. FAI дава следното определение:

• Границата между космоса и атмосферата минава по линията на Карман. Тази линия, според дефиницията на същата организация, е височината над морското равнище, разположена на надморска височина от 100 km.

Всичко над тази линия е космическото пространство. Атмосферата постепенно преминава в междупланетното пространство, поради което има различни представи за нейния размер.

С долната граница на атмосферата всичко е много по-просто - тя преминава през повърхността земната кораи водната повърхност на Земята – хидросферата. В същото време границата, може да се каже, се слива със земята и водните повърхности, тъй като там също се разтварят частици въздух.

Какви слоеве на атмосферата са включени в размера на Земята

Интересен факт: през зимата е по-ниска, през лятото е по-висока.

Именно в този слой възникват турбуленции, антициклони и циклони, образуват се облаци. Именно тази сфера е отговорна за формирането на времето, в нея се намират приблизително 80% от всички въздушни маси.

Тропопаузата е слой, в който температурата не намалява с височина. Над тропопаузата, на надморска височина над 11 и до 50 km се намира. Стратосферата съдържа озонов слой, за който е известно, че предпазва планетата от ултравиолетовите лъчи. Въздухът в този слой се изхвърля, това се обяснява с характеристиката лилав оттенъкнебе. Скоростта на въздушните течения тук може да достигне 300 км/ч. Между стратосферата и мезосферата е стратопаузата - граничната сфера, в която се осъществява температурният максимум.

Следващият слой е. Простира се на височини от 85-90 километра. Цветът на небето в мезосферата е черен, така че звездите могат да се наблюдават дори сутрин и следобед. Там протичат най-сложните фотохимични процеси, по време на които възниква атмосферното сияние.

Между мезосферата и следващия слой е мезопаузата. Определя се като преходен слой, в който се наблюдава температурен минимум. По-горе, на надморска височина от 100 километра, е линията на Карман. Над тази линия са термосферата (граница на надморска височина 800 km) и екзосферата, която също се нарича "зона на дисперсия". На височина около 2-3 хиляди километра той преминава в близкия космически вакуум.

Като се има предвид, че горният слой на атмосферата не се вижда ясно, точните му размери не могат да бъдат изчислени. Освен това в различни страниима организации, които различни мненияна тази сметка. трябва да бъде отбелязано че Линия на Карманможе да се разглежда като граница земна атмосферасамо условно, т.к различни източнициизползвайте различни гранични маркери. Така че в някои източници можете да намерите информация, че горната граница преминава на надморска височина от 2500-3000 км.

НАСА използва марката от 122 километра за изчисления. Не толкова отдавна бяха проведени експерименти, които изясниха, че границата се намира на около 118 км.

Занимава се с метеорология и дългосрочни колебания - климатология.

Дебелината на атмосферата е 1500 км от повърхността на Земята. Общата маса на въздуха, т.е. Pa, или 760 mm. rt. Изкуство.; критична температура - 140,7 °C; критично налягане 3,7 MPa. Разтворимостта на въздуха във вода при 0 ° C е 0,036%, при 25 ° C - 0,22%.

Определя се физическото състояние на атмосферата. Основните параметри на атмосферата: плътност на въздуха, налягане, температура и състав. С увеличаване на надморската височина плътността на въздуха намалява. Температурата също се променя с промяната на надморската височина. Вертикалните се характеризират с различни температурни и електрически свойства, различни въздушни условия. В зависимост от температурата в атмосферата се разграничават следните основни слоеве: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера (сфера на разсейване). Преходните области на атмосферата между съседни черупки се наричат ​​съответно тропопауза, стратопауза и др.

Тропосфера- по-нисък, основен, най-изучен, с височина в полярните райони 8-10 km, в умерените ширини до 10-12 km, на екватора - 16-18 km. Приблизително 80-90% от общата маса на атмосферата и почти всички водни пари са концентрирани в тропосферата. При издигане на всеки 100 m температурата в тропосферата намалява средно с 0,65 ° C и достига -53 ° C в горната част. Този горен слой на тропосферата се нарича тропопауза. В тропосферата турбулентността и конвекцията са силно развити, преобладаващата част е концентрирана, облаците възникват, развиват се.

Стратосфера- слой на атмосферата, разположен на височина 11-50 km. Лека промяна в температурата в слоя 11-25 km (долния слой на стратосферата) и повишаването й в слоя 25-40 km от -56,5 до 0,8 °C (горния слой на стратосферата или инверсионната област) са типичен. Достигнала стойност от 273 K (0 °C) на надморска височина от около 40 km, температурата остава постоянна до надморска височина от 55 km. Тази област с постоянна температура се нарича стратопауза и е границата между стратосферата и мезосферата.

Именно в стратосферата се намира слоят озоносфера(„озонов слой“, на височина от 15-20 до 55-60 км), което определя горната граница на живота в. Важен компонент на стратосферата и мезосферата е озонът, който се образува в резултат на фотохимични реакции най-интензивно на височина 30 km. Общата маса на озона при нормално налягане би била слой с дебелина 1,7-4 mm, но дори това е достатъчно, за да абсорбира ултравиолетовите лъчи, които са вредни за живота. Унищожаването на озона се случва, когато той взаимодейства със свободни радикали, азотен оксид, халоген-съдържащи съединения (включително "фреони"). Озонът е алотропия на кислорода, образувана в резултат на следното химическа реакция, обикновено след дъжд, когато полученото съединение се издига до горната тропосфера; озонът има специфична миризма.

По-голямата част от късовълновата част на ултравиолетовото лъчение (180-200 nm) се задържа в стратосферата и енергията на късите вълни се трансформира. Под въздействието на тези лъчи, магнитни полета, молекулите се разпадат, настъпва йонизация, ново образуване на газове и др химични съединения. Тези процеси могат да се наблюдават под формата на северно сияние, светкавици и други сияния. В стратосферата почти няма водна пара.

Мезосферазапочва от надморска височина 50 км и се простира до 80-90 км. до височина 75-85 км пада до -88 °С. Горната граница на мезосферата е мезопаузата.

Термосфера(друго име е йоносферата) - слоят на атмосферата, следващ мезосферата - започва на височина 80-90 км и се простира до 800 км. Температурата на въздуха в термосферата бързо и устойчиво се повишава и достига няколкостотин и дори хиляди градуса.

Екзосфера- зона на разсейване, външната част на термосферата, разположена над 800 km. Газът в екзосферата е силно разреден и поради това неговите частици изтичат в междупланетното пространство (разсейване).
До височина 100 км атмосферата е хомогенна (еднофазна), добре смесена смес от газове. В по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от техните молекулни тегла, концентрацията на по-тежките газове намалява по-бързо с отдалечаване от повърхността на Земята. Поради намаляването на плътността на газа температурата пада от 0 °C в стратосферата до -110 °C в мезосферата. Но кинетичната енергия на отделните частици на височини от 200-250 km съответства на температура от приблизително 1500 °C. Над 200 km се наблюдават значителни колебания в температурата и плътността на газа във времето и пространството.

На височина около 2000-3000 km екзосферата постепенно преминава в така наречения близък космически вакуум, който е изпълнен със силно разредени частици междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ е само част от междупланетната материя. Другата част е съставена от прахообразни частици от кометен и метеоритен произход. В допълнение към тези изключително разредени частици, в това пространство прониква електромагнитно и корпускулярно лъчение от слънчев и галактически произход.

Тропосферата представлява около 80% от масата на атмосферата, стратосферата представлява около 20%; масата на мезосферата е не повече от 0,3%, термосферата е по-малко от 0,05% от общата маса на атмосферата. Въз основа на електрическите свойства на атмосферата се разграничават неутросферата и йоносферата. В момента се смята, че атмосферата се простира до надморска височина от 2000-3000 км.

В зависимост от състава на газа в атмосферата се разграничават хомосфера и хетеросфера. хетеросфера- това е областта, в която гравитацията влияе върху отделянето на газове, т.к. тяхното смесване на тази височина е незначително. Оттук следва променливият състав на хетеросферата. Под него се намира добре смесена, хомогенна част от атмосферата, наречена хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбопауза и се намира на надморска височина около 120 km.

Атмосферно налягане - налягането на атмосферния въздух върху обектите в него и земната повърхност. Нормалното атмосферно налягане е 760 mm Hg. Изкуство. (101 325 Pa). За всеки километър увеличение на надморската височина налягането пада със 100 mm.

Състав на атмосферата

Въздушната обвивка на Земята, състояща се главно от газове и различни примеси (прах, водни капки, ледени кристали, морски соли, продукти от горенето), чието количество не е постоянно. Основните газове са азот (78%), кислород (21%) и аргон (0,93%). Концентрацията на газовете, които изграждат атмосферата, е почти постоянна, с изключение на въглеродния диоксид CO2 (0,03%).

Атмосферата също така съдържа SO2, CH4, NH3, CO, въглеводороди, HC1, HF, Hg пари, I2, както и NO и много други газове в малки количества. В тропосферата постоянно има голямо количество суспендирани твърди и течни частици (аерозоли).